In der heutigen Zeit geht man nicht zuletzt aufgrund der rapiden Entwicklung der Computertechnik immer mehr dazu über, die bereits in digitaler Form vorliegenden Informationen auch digital zu übertragen, da hier Verzerrungen des Signals unerheblich sind und eine hundertprozentige Rekonstruktion möglich ist, solange die Information fehlerfrei zurückgewonnen werden kann.
Natürlich wird dabei eine möglichst bandbreiteneffiziente Übertragung angestrebt.
Um die Grundschwingung des digitalen Signals übertragen zu können, muss die Bandbreite des Kanals mindestens gleich der Nyquistbandbreite sein.
Durch die Sprungstellen bei Rechteckimpulsen haben diese ein langsam abklingendes Spektrum und es muss bei Begrenzung dieses Spektrums entweder eine gute Rekonstruktion stattfinden, die den durch den Übertragungskanal verursachten Verzerrungen entgegenwirkt, oder man verwendet zur Übertragung eine andere Impulsform.
Thema dieser Arbeit ist insbesondere die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Detektionsgrundimpulsformen auf das Augendiagramm des rekonstruierten Signals.
Die Impulsform und somit das daraus rekonstruierte Signal ist abhängig von Filtertyp, bei dem hier zunächst Filter mit Nyquistflanken untersucht werden, die eine symmetrische Gewichtsfunktion haben. Die resultierenden Augenmuster werden dann mit denen von Formfiltern mit unsymmetrischer Gewichtsfunktion, wie zum Beispiel Butterworth-, Cauer-, Tschebyscheff1- und Tschebyscheff2-Tiefpass verglichen und bewertet.
Zusätzlich wird die Veränderung der Augenform durch Rauschen und Phasenjittern betrachtet.
Um nicht nur einzelne Beispiele vorführen zu können, sind im Programm eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten zugelassen, für die eine übersichtliche Bedienoberfläche geschaffen wurde.
Es ist möglich das Nutzsignal beliebig selbst zu wählen oder zufällig erzeugen zu lassen, wobei nicht nur binäre sondern auch mehrstufige Signale zulässig sind. Auch Störeinflüsse vor und nach dem Übertragungskanal sowie Amplitudenschwankungen und Phasenjittern des Empfangssignals lassen sich simulieren. Die Kanaleigenschaften können durch Einstellung des Kanalfilters variiert werden und durch die Einbindung von Mathcad ist es möglich, sowohl Nyquisttiefpässe als auch verschiedene Filter dritter bis siebter Ordnung als Impulsformer zu verwenden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Übertragung im Tiefpasskanal
3 Prinzip der Impulsformung
4 Filtertypen
4.1 Filter mit symmetrischer Gewichtsfunktion
4.1.1 Rechteck-Tiefpass
4.1.2 Trapez-Tiefpass
4.1.3 Cos²-Tiefpass
4.2 Filter mit unsymmetrischer Gewichtsfunktion
4.2.1 Cauer-Tiefpass
4.2.2 Butterworth-Tiefpass
4.2.3 Tschebyscheff1-Tiefpass
4.2.4 Tschebyscheff2-Tiefpass
5 Vergleich der Augendiagramme
5.1 Filter mit symmetrischer Gewichtsfunktion
5.2 Filter mit unsymmetrischer Gewichtsfunktion
5.3 Einfluss von Amplitudenschwankungen und Phasenjittern
6 Softwaredokumentation
6.1 Hinweise zur Installation
6.2 Menüpunkte
6.2.1 Menüpunkt Programm
6.2.2 Menüpunkt Nutz-/Störsignalquelle
6.2.3 Menüpunkt Ü-Kanal-Filter
6.2.4 Menüpunkt Impulsformer-Filter
6.2.5 Menüpunkt Hilfe
6.3 Einbindung von Mathcad
7 Zusammenfassung
8 Literaturverzeichnis
9 Anhang
10 Thesen
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Simulationssoftware unter HP VEE, die zur Analyse der Übertragungseigenschaften eines digitalen Basisband-Übertragungssystems dient. Ziel ist es, den Einfluss verschiedener Detektionsgrundimpulsformen auf das Augenmuster zu untersuchen und dabei die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Filtertypen zu bewerten.
- Simulation digitaler Übertragungssysteme mit verschiedenen Impulsformern
- Vergleichende Analyse von Filtern mit symmetrischer und unsymmetrischer Gewichtsfunktion
- Untersuchung der Auswirkungen von Kanalstörungen wie Rauschen und Phasenjittern
- Einbindung von Mathcad für komplexe Filterberechnungen
- Erstellung einer benutzerfreundlichen Dokumentation für Lehrzwecke
Auszug aus dem Buch
4.2 Filter mit unsymmetrischer Gewichtsfunktion
Da durch unsymmetrische Detektionsgrundimpulse besonders interessante Augenmuster der rekonstruierten Signale entstehen, wurden für die nachfolgend vorgestellten vier Filtertypen Programme unter Mathcad geschrieben, mit denen Übertragungs- und Gewichtsfunktion für Tiefpässe dritter bis siebter Ordnung berechnet und in HP VEE eingebunden werden können.
Die Beispiele sind mit den aus [6] übernommenen PN-Daten jeweils für eine maximale Durchlassdämpfung von aD=0,2 dB und aD=1 dB und bei Butterworth-Filtern von aD=3 dB berechnet worden. Für die Sperrdämpfung der Cauer- und Tschebyscheff2-Filter dritter bis sechster Ordnung wurde as=30 dB beziehungsweise bei siebter Ordnung as=40 dB angenommen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die digitale Signalübertragung, die Motivation für das Projekt und die Zielsetzung der Untersuchung mittels Augendiagrammen.
2 Übertragung im Tiefpasskanal: Erläuterung der Signalverformung durch Bandbegrenzung im Kanal und der daraus resultierenden Nachbarzeicheninterferenzen.
3 Prinzip der Impulsformung: Darstellung der Notwendigkeit einer Impulsformung zur Verbesserung der Übertragungseffizienz und Beschreibung der Systemstruktur.
4 Filtertypen: Detaillierte mathematische und funktionale Vorstellung verschiedener Filtertypen, unterteilt in solche mit symmetrischer und unsymmetrischer Gewichtsfunktion.
5 Vergleich der Augendiagramme: Analyse und Bewertung der resultierenden Augenmuster unter verschiedenen Filterkonfigurationen und Störeinflüssen.
6 Softwaredokumentation: Anleitung zur Installation, Beschreibung der Menüführung sowie Erläuterung der Mathcad-Einbindung zur Erweiterung der Simulationsmöglichkeiten.
7 Zusammenfassung: Resümee der erzielten Erkenntnisse über die Eignung verschiedener Filter als Impulsformer und die Auswirkungen von Störungen.
Schlüsselwörter
Digitale Übertragung, Basisband, Impulsformung, Augendiagramm, Simulationssoftware, HP VEE, Nyquist-Tiefpass, Filtertyp, Nachbarzeicheninterferenz, Signalrekonstruktion, Phasenjitter, Rauschen, Mathcad, Übertragungskanal, Detektionszeitpunkt.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Es geht um die Entwicklung und Anwendung von Simulationssoftware zur Analyse von Übertragungseigenschaften in digitalen Basisband-Übertragungssystemen, insbesondere im Hinblick auf verschiedene Filtertypen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf dem Prinzip der Impulsformung, dem Einfluss verschiedener Filtercharakteristika auf das Augendiagramm und der Simulation von Störeinflüssen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist die Untersuchung, wie sich verschiedene Detektionsgrundimpulsformen auf das Augenmuster des rekonstruierten Signals auswirken, um so die optimale Wahl für einen Impulsformer zu treffen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Untersuchung erfolgt durch eine systematische Simulation unter Nutzung von HP VEE in Kombination mit komplexen Berechnungen aus Mathcad, die anschließend in der Simulation ausgewertet werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt theoretische Grundlagen der Filtertypen (symmetrisch vs. unsymmetrisch), deren Implementierung in Software sowie den systematischen Vergleich der resultierenden Augendiagramme.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Impulsformung, Augendiagramm, Filtercharakteristika, Signalrekonstruktion und Übertragungssysteme.
Warum wird Mathcad eingebunden?
HP VEE reicht für die Berechnung komplexerer mathematischer Zusammenhänge, wie sie für Filter höherer Ordnung notwendig sind, nicht aus, weshalb Mathcad für diese spezifischen Berechnungen ergänzt wurde.
Welche Auswirkung hat ein hohes Phasenjittern?
Phasenjittern führt zu einer Verschiebung der Nulldurchgänge im Empfangssignal, was die Synchronisierung erschwert und die Augenbreite reduziert, was präzise Detektionszeitpunkte erforderlich macht.
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- Jirka Lindemann (Author), 2000, Entwicklung von Simulationssoftware zur Darstellung der Übertragungseigenschaften eines digitalen Basisband-Übertragungssystems, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/6758
